JVM学习笔记（一、Class文件结构）

问题：

1、是不是只有Java编译器才能完成Java到class字节码文件的编译过程？

不是，像Java/JRuby/Groovy等程序都可以通过自己的编译器转成字节码（class）文件，然后交给JVM。

2、什么是u1、u2、u4、u8。

• u1：一个子字节。
• u2：两个子字节。
• u4：四个子字节。
• u8：八个子字节。

Class文件组成内容：

虚拟机指令、符号表、其它复制信息（这三个都由两种数据结构组成，无符号数、表）。

无符号数：数值。

表：xxx_info。

Class文件格式：

u4 u2 u2 u2 cp_info u2 u2 u2 u2 u2 u2 field_info u2 method_info u2 attribute_info

解释：

1、魔数：

每个Class文件的头四个字节数为魔数，唯一作用是确定这个文件是否是能被虚拟机接受的Class文件。

目前版本的值都是固定的，0xCAFEBABE（咖啡宝贝）。

2、紧接着魔数后面的4个字节就是Class文件的版本号：5-6字节，次版本号；7-8字节主版本号。

3、Class文件版本号后面紧随的是常量池入口。

常量池主要分为两大类：

• 字面量：与Java中的常量概念类似；int a = 3，字面量就是等号右边的东西。
• 符号引用：符号引用包含三类常量。
• 类和接口的全限名称：org.springframework.xxxBean。
• 字段名称和描述符：private/protected/public。
• 方法的名称和描述符：private/protected/public。

常量池：

常量池结构表：

访问标志：

分析示例：

public class Test extends Thread implements Serializable {

    public int count(int sum) {
        int i = sum = 1;
        return i;
    }
}

以上代码生成class文件用二进制格式打开后如下（部分）：

前置说明，address 00000000记为00，00000010记为10

1、[00, 0]至[00, 7]如上所述为魔数和版本号，[00, 8]至[00, 9]为常量池计数器，换算下来为22，但因为常量池数量为常量池计数器-1，所以常量池的数量是21。

2、然后我们来看看常量池的数据：

从[00, a]开始，首先0a的10进制为10，对照上表是CONSTANT_Methodref_info。

我们将其列为：

tag   = 10
index = 00 03 >>> 00 03
index = 13 07 >>> 19 07

以此类推，[00, f]：class_info

tag   = 07
index = 00 14 >>> 00 20

[00, f]：class_info

tag   = 07
index = 00 15 >>> 00 21

3、但其实我们不用一步步的分析，可以直接通过javap -v Test.class命令就可以了。

根据构造函数中invokespecial #1的入口分析后得出如下：

第一步：#1，然后我们找到常量池的#1，其中会先到#3再到#19。

第二步：#3，转到#21。

第三步：#19，转到#5，#6，以此类推。

其中我们可以看到<init>，这是对象实例的方法；如果是<clinit>则是类和接口初始化，如静态代码块的加载。

4、接下来就是访问标志、类索引、父类索引、接口计数器等等，它们都对应两个字节。

• 访问标志：[110, 5]，[110, 6]两个字节，也就是00 21。因访问标志为public所以对应标志为0x0001，计算公式 >>> 访问标志1 | 访问标志2 | 访问标志n | ACC_SUPER的值。
  • public class >>> 0x0001 | 0x0020 >>> 0x0021，所以对应了00 21。
  • public abstract class >>> 0x0001 | 0x0400 | 0x0020 >>> 0x0421，你再重新编译便会发现值为04 21。
  • 以此类推，只要对照访问标志的字典表就好了。
• 类索引：[110, 7]，[110, 8] >>> 00 02，对应常量表#2，com/jdr/maven/rabbitmq/helloworld/Test。
• 父类索引：[110, 9]，[110, a] >>> 00 03，对应常量表#3，java/lang/Thread。
• 接口计数器：[110, b]，[110, c] >>> 00 01，也就是一个接口。
• 内容太多就不一一分析了，只需按图索骥便可。